VFO Seiler « Simpson » par JP QuintinF6EVT 1

A la recherche d’un VFO parfait Par JP Quintin F6EVT

Le VFO SEILER « Simpson »

Lorsque l’on réalise un VFO on croit toujours avoir trouvé la perle rare mais généralement le désenchantement est au bout de la course et après avoir effectué quelques mesures le juge de paix vous attend au tournant J’ai relu (ARRL Handbook 2001 page 14-17) “The G3PDM Vackar VFO”. P.G Martin nous donne quelques conseils pratiques pour la réalisation d’un VFO : -Utiliser une boîte métallique d’épaisseur irréprochable (voir boîtier fraisé pourquoi pas). -Utiliser un condensateur variable de haute qualité à double roulement à billes et argenté. -Ajuster le condensateur de contre réaction à diélectrique « AIR » et réglé de façon à juste obtenir l’oscillation. -si possible nettoyer les CV dans un bac à ultrasons. - Les capacités servant à l’oscillation doivent être de type « Silver Mica » et collés au circuit pour réduire les effets microphoniques dus aux éventuelles vibrations. - Un ampli buffer/suiveur est essentiel. - En ajoutant la fameuse diode dans la gate le système semble à ce moment souffrir d’une dérive accrue et j’ajouterais d’un bruit de phase non négligeable. Cette diode avait en fait un rôle de régulation de la tension de sortie RF (clipper). Inutile dans les circuits décrits ici. - Les alimentations devront être bien régulées. Utiliser des capas de découplages le plus souvent qu’il est possible pour prévenir des non intentionnelles contre réactions par le rail d’alimentation. - N’utiliser dans le circuit d’oscillation qu’un seul point de mise à la masse. - Les fils de connections Self / CV seront d’un diam d’au moins 12/10eme pour une bonne stabilité mécanique. Voilà la philosophie de ce montage pas facile à mettre en œuvre, certes, mais qui a un charme fou et vintage à souhait. L’alimentation régulée : Mille façons de faire ; On trouve dans les rayons une « foultitude » de régulateurs meilleurs les uns que les autres. Les temps étant durs j’ai regardé ce que j’avais à disposition en rayon sachant qu’il me fallait pouvoir régler les tensions de deux systèmes distinctes un pour l’oscillateur le second pour les amplis suiveurs. J’avais une paire de LM317T disproportionnés pour l’usage que j’en avais mais disponibles un jour de fête ! LM317 datasheet On partira d’une alimentation extérieure de 15volts pour ensuite en choisissant la valeur de R2 et R4 obtenir la tension désirée. Un petit gratuiciel bien pratique « Regulator Design v1.2 » calcul les valeurs des résistances pour les différentes tensions.

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C6 et C3, dans mon cas, ont été réduits à 0.1µF. Les diodes sont des 1N4007. L1 et L2 sont réalisées sur des Tores haute perméabilité avec un fil émaillé de 8/10eme. Comment déterminer les valeurs des résistances en fonction de la tension désirée.

On pose comme postulat R1= 220 Ohms On a approximativement Vout = 1.25v (1+R2/R1) 1+R2/R1 = Vout/1.25 Pour une tension de sortie de 12 Volts on a : 1+R2/R1 = 12v/1.25 = 9.6 R2/R1 = 9.6v-1 = 8.6 Comme R1 = 220 Ohms on a alors R2/220 = 8.6 D’où R2 = 8.6 x 220 = 1892 Ohms On utilisera la formule R2 = (Vout désirée/1.25) R1

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La partie mécanique : Tout a été fait afin de respecter le cahier des charges préconisé par G3PDM. J’ai trouvé le fameux CV marque Aréna double roulement en tête et lames argentées …une véritable merveille ! Le boîtier est réalisé en cornières alu de 5mm d’épaisseur le tout vissé sur un ancien radiateur. La démultiplication à deux vitesses est également ce qui se fait de mieux : une véritable horlogerie le tout relié au CV par un arbre isolé et flector. On peut ainsi s’affranchir des dérives de fréquence dues au jeu résiduel dans la rotation du CV. Celui-ci est bien « freiné » par son démultiplicateur.

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Le Circuit de base Ayant passé près d’un mois à réaliser des VFO Vackar et après lecture de différents auteurs sur le sujet, je me suis mis en tête de tester le VFO Seiler. L’article original fût écrit en 1941 par Mr Seiler sous le nom de "E. O. Seiler, "A Low-C Electron-Coupled Oscillator," QST, Nov 1941." Introuvable à ce jour donc si vous possédez the document je suis bien entendu preneur. Après de nombreux essais je suis arrivé au montage suivant Bande 5-5.5MHz pour changer :

Version définitive du VFO Seiler « Simpson » Il s’agit en fait d’un VFO Colpitts à circuit résonnant parallèle et couplé faiblement ici par Cc1 (100pF). Cette capacité est ajustée pour un début d’oscillation à la fréquence la plus basse. La littérature américaine nous donne pour C6 et C7 des valeurs de réactance de 45 Ohms soit pour 5 MHz une valeur de 700pF environ facilement calculable avec le gratuiciel RFSim99.

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Cc1, C6 et C7 sont en fait 3 condensateurs en série jouant un rôle non négligeable sur la fréquence d’oscillation et équivalent à une capacité de Pour Cc1 = 100 pF… C total (Cc1, C6, C7) = 68pF

Ces gratuiciels sont disponibles sur le site http://www.f6evt.fr rubrique logiciels. La consommation de T1 est de 10 mA Il va de soit que les valeurs de C2, C3, C4 et C5 seront réajustées en fonction de la plage de fréquence désirée. L’étage suiveur ou « Buffer » est des plus classiques et faiblement couplé par Cc2 pour un minimum de charge de l’oscillateur. Les contrôles et mesures s’effectueront sur la prise test mais en haute impédance. L’inductance de 3.2 µH est réalisée en tube de PVC de 20mm d’électricien. Un socle de PVC à été rajouté collé à la colle spéciale PVC. Le socle est percé en son centre afin de fixer solidement le mandrin au chassis. Un fil de cuivre émaillé d’au moins 6/10eme constitue la self et 14 spires sont nécessaire pour obtenir les 3.2µH. Une réactance de 100 Ohms est généralement adoptée pour le calcul du circuit d’accord //

Exemple de réalisation d’une self du VFO Seiler « Simpson »

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Des trous de 6/10eme sont faits à l’aide d’une mini perceuse afin de bloquer le fil puis le tout est imprégné au vernis incolore. Un circuit imprimé époxy simple face est réalisé avec soudure composants face cuivre ; c’est une technique très pratique pour la réalisation du prototype on peut ainsi souder et dessouder les capacités d’accord. On peut d’ores et déjà avoir une idée des valeurs des composants à utiliser pour l’oscillation propre. Une mise en parallèle de condensateurs Mica Argenté C2, C3, C4 et C5 a pour but de répartir (diviser) les courants et éviter ainsi des échauffements et des dérives de fréquence. D’ailleurs C1, C6, et C7 seront eux aussi au Mica.

En ce qui concerne le circuit LC relire la page de F5ZV http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM23/RM23I/RM23i03.html Après la mise à feux et réglages des Capacités ont pourra apprécier les mesures effectuées à haute impédance en attendant la réalisation d’un ampli suiveur. Pour se faire on utilise une sonde d’oscilloscope en position « x10 » pour ne pas trop charger l’oscillateur. Après avoir fermer le couvercle qui produit alors une montée de fréquence on enclenche les alimentations et la mesure de stabilité peut commencer !

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Le VFO met environ 13 minutes à prendre sa vitesse de croisière et une dérive de 381 Hertz est observée. Par la suite, après ces 13 minutes de chauffe, la dérive n’est plus que de 24Hertz/heure ! Comme l’annonçait Mr Seiler c’est un Rock ! Lorsque la stabilisation est obtenue après les 13 minutes, les dérives constatées peuvent être positives puis négatives oscillant ainsi autour d’une fréquence disons centrale. De mémoire je n’ai jamais obtenu une telle stabilité ! L’analyse spectrale montre également une bonne dégression régulière des harmoniques.

L’harmonique 2 est à -15dB de la fondamentale

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Une extrême propreté du signal est également constatée ; le bruit de phase semble être très bas. Des mesures plus sérieuses à ce niveau s’imposent avant d’en déduire des conclusions trop hâtives.

Une deuxième partie sera consacrée à la post amplification et au filtrage passe bas « Cauer » excellent pour la rejection de l’harmonique 2. Bonne réalisation !